静止环境中可燃固体表面火蔓延特性的实验研究

本文通过模拟实验方法研究静止环境下可燃固体材料表面的火蔓延特性,应用火焰结构显示技术连续观察和记录了固体可燃物表面火蔓延的火行为,并利用温度示踪技术连续考察和分析了固体可燃物表面的火蔓延过程,同时研究分析了燃烧试样类型对火蔓延速率的影响,所得结查物理上合理。     

典型聚合物材料平行双板水平火蔓延规律研究

为了研究固体可燃物多火焰火蔓延规律及传热控制机理,开展了竖向水平排列的PMMA单一平板和平行双板火蔓延规律研究。基于水平火蔓延实验台,考虑平板尺寸、平行双板的竖直间距两个主要因素,分析此类条件下的火蔓延速度、火焰高度和火焰宽度等参数。实验研究发现,PMMA板水平火蔓延过程中,热解前锋呈V型,预热区长度随平板间距的增大先增大后减小。平行双板工况下,在研究考虑的间距范围内火焰始终保持合并,火蔓延速度、火焰高度及宽度明显大于单一平板,且均随间距的增加先增大后减小,三者峰值出现的位置与样件尺寸有关。上层PMMA板上下表面的辐射热流随间距的变化规律与火蔓延速度变化规律一致,因此推断辐射作用在平行双板水平火蔓延中起到主导作用。     

辐射和倾角耦合作用下火蔓延行为特性

火蔓延行为决定了火灾发展规律及其后果,其行为特性常常受到多个参数的共同影响。为研究外部热源辐射和倾角对火蔓延行为的共同作用,开展了一系列不同外加辐射强度和倾角的木材(樟木)表面小尺寸火蔓延实验,测量了火蔓延过程中的关键特性参数,包括质量损失速率、火焰形态以及火蔓延速率。结果表明,质量损失速率、火焰面积和火蔓延速率都随着倾角和外加辐射强度的增加而增加,而且倾角越大外加辐射对试样质量损失速率的作用越明显。另外发现,倾角较小时,V_f~(-1/2)与辐射强度存在较好的线性关系,但是倾角较大时,该线性关系就不再满足。     

可燃固体表面火蔓延行为研究进展与展望

固体可燃物表面火蔓延是森林火灾、建筑火灾以及工业火灾中普遍存在的燃烧现象,是火灾研究的基础问题。对固体可燃物表面火蔓延行为进行分类,评述国内外的固体可燃物表面火蔓延行为研究现状和目前存在的主要问题。总结固体可燃物表面火蔓延试验研究的技术手段,对比分析不同因素对建立固体可燃物表面火蔓延行为理论模型的影响。这些因素包括环境流场、化学反应动力学、热解气体组分和炭化过程等。概要介绍固体可燃物表面火蔓延计算模拟的优势。最后指出固体可燃物火蔓延行为研究的发展趋势,并提出未来若干重点研究方向。     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

点火源引燃的上坡火蔓延实验研究

开展了点火源引燃的上坡火蔓延实验,用刨花丝为燃料,研究不同坡度角对火蔓延速率、火线夹角、火焰长度、火焰倾斜角等的影响规律,并简要分析了火焰对火前未燃燃料的辐射传热。发现平坡条件下会形成圆形火线,而坡度条件下会形成泪滴状的火线。当坡度角高于20°时,上坡火蔓延速率随坡度的增大迅速上升。     

森林火蔓延方式与火强度及自然风场的关系

本文根据国内外森林试验火场和实际火场的观测资料及已有的研究成果，进一步分析讨论了不同强度的森林火的划分及其垂直空间尺度，以及森林火蔓延的方式、方向和速度与森林火强度及自然风场的关系。首先，讨论了不同强度的森林火在自然风场作用影响下的蔓延方式，方向和速度；其次，讨论了不同强度的森林火在自然风场作用影响下的连续蔓延和不连续蔓延的条件和机理。     

木材在不同放置角度下火蔓延特性的实验研究

选用厚度为2 mm与3 mm的木材,研究了可碳化固体可燃物在静止氛围中不同角度下的火蔓延特性.研究表明,在不同角度范围内火蔓延经历着熄灭、稳定燃烧、加速燃烧以及快速燃烧等变化过程.对两种厚度的木材火蔓延行为对比分析发现,在自然对流条件下,两种厚度木材的火蔓延极限角度分别为-5°,5°.另外,研究了试样上下表面火焰参数与火蔓延速度之间的关系.在10°＜α＜60°范围内,火蔓延速度计算值与实验值能较好拟合.     

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明：相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。     

可燃物填充比对火蔓延影响的实验研究

提出了一种可精确控制燃料床填充比的方法.以刨花为燃料,开展了可燃物填充比对火蔓延影响的系统性实验研究.分析了火焰长度、火焰倾斜角、火蔓延速率、质量损失速率和热流密度随填充比的变化规律.研究发现,随填充比增大,火焰长度逐渐减小,火焰倾斜角逐渐增加,导致火焰热辐射降低、火蔓延速率减小.当填充比小于0.06时,燃料消耗率接近...     

试样放置角度与外加辐射强度对可碳化固体表面火蔓延的影响

选取了尺寸为400mm×90mm×3mm质地较为均匀的白木作为研究对象,对不同试样放置角度和不同外加辐射强度作用下的火焰高度、火蔓延速率和失重速率等火蔓延参数进行了测量,以研究试样放置角度和辐射强度对可炭化固体表面火蔓延的作用规律。研究发现,试样表面的火蔓延速率随辐射强度的增加而增加。当角度在负角度范围内时,角度的变化对火蔓延速率的影响不大,当角度在正角度范围内时,火蔓延速率随着角度的增加而迅速上升。试样失重速率随着辐射强度以及试样放置角度的增加而增加。火焰高度会随着外加辐射强度的增加而增加,并与试样失重速率的0.4次方呈正比关系。     

木材表面火蔓延特性的动态测量研究

通过模拟实验,对不同工况下木材表面的火蔓延特性进行了动态测量研究。首先应用火焰结构显示技术连续观察和记录了木材表面的火蔓延行为和火焰的热结构;其次,利用温度示踪技术对火蔓延过程进行了动态观测,进而获取了在不同条件下的火蔓延速度并分析讨论了木材表面火蔓延的机理。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延,具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序,对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟,用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下,计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后,研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后,发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时,室内火焰将会熄灭,燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长,火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。     

基于桶式环形加热的阻燃电缆细观竖直燃烧特性研究实验平台的设计

针对阻燃电缆等难燃材料,为研究其在外界热源条件下的火灾性能与蔓延燃烧特性,研制了基于环形加热的阻燃电缆细观燃烧特性诊断实验平台。该平台主要包括三个部分,即:半封闭环形桶式加热与燃烧腔室、样品竖直固定模块和数据采集系统。实验参数的标定及典型阻燃电缆受热与燃烧实验结果表明,常规条件下无法点燃的阻燃电缆,当置于实验平台的加热炉内被加热一段时间后,底部小火源可将其点燃并呈现猛烈的燃烧与蔓延过程。该加热模块能够详细、准确地研究各种阻燃电缆在环形加热条件下的膨胀、引燃及蔓延燃烧的细观特性,而不同的加热模式有助于深入研究阻燃材料在各种热环境下的火灾特性,为阻燃材料的引燃机理及火蔓延模型研究提供了必要的研究平台。     

双火源条件下的XPS火蔓延速率研究

为研究挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)双火源火焰迁移规律,在不同间距(0.5cm~8cm)的情况下,进行了竖直和水平方向的系列实验。研究发现:火蔓延速率和质量损失速率均随间距先上升后缓慢下降;在竖直方向实验中,火蔓延速率极值点右偏移于质量损失极值点。基于双火源条件下所得到的热解区传热系数,计算出火蔓延速率,进而分析火蔓延速率计算式中对流项和辐射项,得出火蔓延速率随间距的变化主要受控于传热系数。依据此结论解释了火蔓延速率和质量损失趋势相似但两者极值点偏移不同的原因。     

火焰沿层状疏松燃料的定常蔓延

本文从燃料预热角度出发，建立了一个无风状态下火焰沿层状疏松燃料水平定常蔓延的物理模型。在该模型中，假设环境无风，从热学角度考虑燃料很薄。燃料加热机制包括火焰辐射，燃料中的热辐射和热传导以及火焰通过扩散对流对其附近燃料的加热，散热机制包括燃料上表面辐射散热和对流散热。计算得到了火焰蔓延速度同几个主要影响因素之间的关系，并用曲线拟合技术得到了一个简单的函数表达式。该模型用实验进行了检验，由于对燃料中的热辐射采用了辐射向量的处理方法，同时，考虑了火焰卷吸引起的强迫对流对散热的影响，从而使计算结果同实验取得了较好的一致。